JPH04503585A - ディザ動作する光学データロガ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ディザ動作する光学データロガ 技術分野 この発明は光学記録媒体におけるデータ書込みのためのビームを利用する光学デ ータ記録装置に関するものである。

背景の技術 光学記録媒体におけるディジタルデータの記録は適当な記録媒体の表面に印また は孔をつくる記録装置によりなし遂げられてきた。印は、反射性、光路長、また は光学コントラストにおける変動のように、記録表面の周囲領域とは異なった光 学特性を有する。それゆえ、印は反射性の例では、周囲表面より多かれ少なかれ 反射的であり得る。これらの印を作り出すために使用される方法の１つはレーザ ビームで記録表面を焼くまたは溶かすものである。データ印を作成するためレー ザビームを使用する記録装置は通常スポットにレーザビームを合焦する。レーザ ビームがスポットに合焦されるとき、一般的にはオートフォーカスシステムが、 ビームが記録表面においてスポットに合焦されたままであるのを確実にするため 使用され、さもなければデータ印は形成されないかもしれない。たとえば、オオ キ他（Ｏｈｋｉ　ｅｊ　ａｌ、　）の米国特許番号第４，４５８．９８０号は、 光学記録媒体において情報を記録するため合焦されたレーザビームを使用する、 光学再生ヘッドを教示する。焦点サーボ制御システムはビームを焦点が合った状 態に保つために使用される。オートフォーカスシステムを使用する記録装置にお いて、かなりの量のエネルギーはオートフォーカス回路および関連のハードウェ アを設計するのに使用される。オートフォーカスシステムを利用する記録装置の コストおよび複雑さ両方において関連の増加がまた存在する。

もしレーザが十分に高い出力のものであるなら、レーザビームが細いビームへ合 焦される記録装置は、ビームが記録表面に射突しかつこれを熱するところにはど こでもかつそのような時はいつでも印を作成する。印は記録表面のアブレーショ ン、ピッティング（ｐｉｔｔｉｎｇ　）　、または可塑変形により作成される。

この方法で作られるデータ印は直径にして１ミクロン以下ないし数ミクロンの寸 法を有し、かつしばしばその印は均一でなくてもよい。縁のまわりに形成された 高いリップを有する印も有り、−万有さないものもある。記録されたデータおよ びレーザビームの制御は困難なものになる、というのはレーザがオンおよびオフ にパルス化されなければならないからである。さらにもう１つの問題は、印から の破片が表面上に堆積されることである。

オンおよびオフにパルス化される高出力レーザは記録表面において孔を焼きまた は爆破し、表面の至るところに破片をまき散らすことになる。

この発明の目的は、最適焦点を確実にし、かつ破片が記録表面上にばらまかれな いようにする、低コストでかつ単純なデータロガを考案することである。

発明の開示 上記の目的は、ビームが最適焦点に合焦される比較的低出力レーザを取入れ、か つ記録表面について上方および下方の方向にディザ動作される、データロガによ って満たされる。最適の焦点は破片を形成することなしに記録表面内に小さな均 一なピットを溶かすのに丁度十分なエネルギー密度を有するスポットである。合 焦されたレーザスポットは最初記録表面の平面の上方にまたは下方にありかつそ れゆえ記録平面において焦点がはずれる。合焦光学装置はさらに、記録表面の平 面を通じて合焦されたデータスポットを移動する運動の範囲を通じて電磁的、圧 電気的、または機械的のいずれかにより配置される。記録表面におけるレーザス ポットの直径が減少しかつ最適焦点に接近するにつれて、レーザスポットのエネ ルギー密度は記録表面においてピットを形成するのに十分なものとなる。ディザ 動作の速度はピッティングが破片の形成なしに起こるようにするようにレーザの 出力と調整される。

レーザビームスポットのディザ動作の効果を発生するための様々な方法がこの発 明によって利用されてもよい。一つの実施例において、レーザダイオードおよび 合焦光学装置が撓みスプリングアセンブリに取付けられるハウジング内に組入れ られる。電磁アクチュエータはハウジングおよびばねアセンブリについての駆動 位置に設置される。アクチュエータは光学装置およびばねアセンブリの固有の機 械的周波数より下方の、同一の、またはそれより上方の周波数において信号発生 器により駆動される。固有の共振周波数における駆動は要求される電気的電力を 最小にする。撓みばねの剛性および長さ、ならびに光学装置アセンブリの質量が 共振周波数を決定する。アクチュエータは光学装置およびばねアセンブリを振動 させ、それにより合焦されたレーザスポットをディザ動作させる。Ｘ、、Ｙテー ブルはさらなる書込みのため記録表面とレーザビームとの間の相対的変位を与え てもよい。このような変位は記録表面または光学装置アセンブリのどちらに与え られてもよい。

他の実施例において、電磁石は光学装置アセンブリのまわりに同軸的に設置され 、そこでアセンブリは磁性材料を取入れる。信号発生器は光学装置およびばねア センブリが振動しかつ合焦されたレーザスポットがディザ動作するようにする、 電磁石へ駆動信号を送出する。代替的には、光学装置アセンブリの対物レンズの みが、合焦されたレーザスポットがディザ動作するようにするため振動すること を必要とする。これは撓みばねアセンブリに取付けられた対物レンズによってな されてもよいし、または対物レンズが音声コイル配列において単独で振動され得 る。

光学装置およびばねアセンブリはまた、回転されるときカムがリンクされた光学 装置およびばねアセンブリを偏向する多面カムのような機械的手段により振動さ れてもよい。

また必要なディザ動作運動を与えるため機械的なシステムにおいて振動レバーを 用いてもよい。さらに、圧電励振器がレーザビームスポットをディザ動作するた め必要とされる機械的振動を与えてもよい。

記録平面についてレーザビームスポットのディザ動作運動のセンタリングは駆動 信号に関連してデユーティサイクルを示すレーザフィードバック信号を処理する ことにより見出されかつ維持されてもよい。駆動周波数はレーザフィードバック 信号と駆動信号との位相における差を利用することにより最適化されてもよい。

光学装置のみがディザ動作効果を生じさせるために振動することが示される一方 、記録表面が、光学装置を振動させるために使用される同じ手段によって振動ま たはディザ動作してもよい。言換えれば、光学装置を振動させるのに使用される 電磁的、圧電気的、および機械的な手段が合焦されたレーザビームスポットにつ いて、記録表面を振動させるために使用可能である。

この発明の利点はオートフォーカスシステムを使用しないことによるより低コス トでかつより低い複雑性である。

焦点の合ったビームは常に記録表面の平面を通過することになるので書込みは確 実となる。さらにオンおよびオフ出力する必要のない、低出力レーザの利用が可 能である。

図面の簡単な説明 図１はこの発明のデータロガにおける光学装置およびばねディザアセンブリの展 開斜視図である。

図２はこの発明に従う電磁アクチュエータを利用するデータロガの斜視図である 。

図３−図５はこの発明の動作を例示する、記憶媒体およびレーザビームの平面図 である。

図６はこの発明に従う同軸の電磁石を利用するデータロガの展開斜視図である。

図７は同軸の電磁石がハウジングに取付けられる、図６におけるデータロガの変 形の斜視図である。

図８は図７におけるライン８−８に沿って得られる図７のデータロガの平面図で ある。

図９はこの発明に従う多面カムを利用するデータロガの斜視図である。

図１０はこの発明に従うレバーを利用するデータロガの斜視図である。

図１１はこの発明のディザアセンブリに関する振幅対時間の一連のプロットであ る。

図１２は自動センタリング回路のためのブロック図である。

図１３は図１２において示された回路の実施例を示す模式図である。

発明を実施するためのベストモード 図１および図２を参照して、この発明の光学装置およびばねディザのアセンブリ １０は、レーザダイオードパッケージ１４、コリメーティングレンズ１６、およ び対物レンズ１８を含むことがわかり、それらのすべては光学装置ハウジング２ ４内に入れられる。レンズ１６および１８はこの発明において利用されるどの合 焦光学装置をも表現している。レーザビームを合焦するのに使用されるレンズは 従来の球面多要素設計、非球面設計、こう配係数（ｇｒａｄｉｅｎｊｉｎｄｅｘ 　）設計、またはその３種類の組合わせのものが可能である。ビームが焦点にも たらされることが可能でかつこの焦点が興味の表面の周囲で振動させられつる限 り、選択は重要ではない。光学装置ハウジング２４は、光学装置ハウジングの中 心軸が撓みばねの縦軸に直角をなすように、撓みばね２０に取付けられる。撓み ばねは、ばねが互いに平行であるように、装着ブロック２２に取付けられる。記 録表面または平面１２は下方から支持されるいかなるレーザ記録材料でもよい。

たとえば、可動Ｘ−Ｙテーブル上での運動のために装着される、米国特許番号第 ４，５４４゜８３５号に示されるタイプのカードの上の反射レーザ記録材料が好 ましい。電力は電力ワイヤ３４を介してレーザダイオードパッケージに供給され る。

光学装置およびばねアセンブリ１０はばねの長さおよび剛性ならびに光学装置ア センブリの質量により決定される固有の共振周波数を有する。図２の磁気アクチ ュエータ２８はワイヤ３０を通じて信号発生器３２から駆動信号を受ける。アク チュエータの電力消費および性能要求を最小にするため、駆動信号は光学装置お よびばねアセンブリの共振周波数にあるべきである。しかしながら、駆動信号の 周波数は共振周波数の下方にまたはずっと上方にあるかもしれずかつさらに所望 の振動を引き起こす。

動作において、光学装置ハウジング２４に密閉される光学装置はレーザダイオー ド１４によってスポット２６に放出されるレーザビームを合焦し、それは光学記 録表面１２においてピットまたはスポットを形成するために、ディザ動作の周波 数において、十分に高いエネルギー密度を有する。最初に、合焦されたレーザビ ームスポットは記録表面の上方にまたは明らかに下方にある。光学装置およびば ねアセンブリ１０は電磁アクチュエータ２８により振動させられるので、レーザ ビームスポットは記録表面についてディザ動作する。レーザビームスポットが表 面の平面を通して移動するとき、ピットまたは可塑変形が表面内に形成される。

レーザビームが記録表面において焦点がはずれているとき、すなわちレーザビー ムスポットが平面の上方にまたは下方にあるとき、ビームは表面においてピット を形成するのに十分なエネルギー密度を持たない。レーザビームスポットは常に 記録平面を通して移動することになるので、レーザビームの最適焦点は常に保証 される。レーザダイオードパッケージ１４における光検出器ダイオードはピット の存在を検出するのに使用されてもよい。平面状の記録表面が、連続的な書込の ためビームに対して一般的に直角をなすＸＳＹ平面において移動させられるか、 またはビームが記録表面に対して移動させられるかである。

図３−図５を参照すると、複数個の合焦されたレーザビーム位置が示される。合 焦されたレーザビームスポット２６が記録平面１２についてディザ動作するとき 、記録平面におけるレーザビームの面積は合焦されたレーザビームスポット２６ が記録平面に接近するにつれて減少する。レーザビームのエネルギー密度はビー ムの断面面積に反比例する。レーザビームスポットが適当な時間の間記録表面に おいて存在するとき、エネルギー密度は表面においてピット５２を形成するのに 十分高い。レーザスポットが記録平面から離れるにしたがって、記録平面におけ るビームの面積は増加するのでエネルギー密度はピットを形成するのに十分でな い。図３において、合焦されたレーザビームスポット２６は記録平面１２の上方 にある。図４において、レーザビームスポットは記録平面内にありかつピット５ ２が形成される。図５は見たところ記録表面の下方に合焦されると考えられるレ ーザビームスポットを示しているが、しかし実際には表面上方に、反射されたス ポット２６において合焦される。図４において示される事象は適当な記録ジオメ トリ−である。

図６を参照すると、ここに示されるデータロガは図２のものと類似する。図６の このロガにおいて、電磁石３６は永久磁石３８を組み入れる光学装置ハウジング ２４について同軸方向に設置される。磁石は光学装置ハウジングに取り付けられ てもよいしまたハウジングもしくは光学装置ハードウェアの内容物内に嵌め込ま れてもよい。代替的には、電磁石３６は、図７および図８において示されるよう に、使用される光学装置ハウジング２４および外部の磁石３８に取り付けられて もよい。この場合では永久磁石３８は装着ブロック２２により支持されかつ静止 した状態に保持されており、かつ光学装置ハウジング２４に取付けられている電 磁石３６は振動する。示されていないもう１つの実施例では、振動している光学 装置ハウジング内に対物レンズ１８だけを有し、かつレーザダイオードパッケー ジ１４およびコリメーティングレンズ１６は静止した状態にとどまりかつ光学装 置ハウジングにより取り囲まれず、それにより振動する質量を低減すると考えら れる。

図９において、光学装置およびばねアセンブリ１０は矢印Ａにより示される方向 に回転することが示される多面カム４０によって振動させられる。駆動ロッド４ ２は多面カムおよび駆動源４４に駆動関連している。多面カムが回転するとき、 面はレーザビームスポット２６が上方におよび下方に移動しまたはディザ動作す るようにさせる光学装置およびばねアセンブリを偏向させる。各面から面の変化 を伴って、レーザビームスポットは記録平面において二度焦点が合うことになる 。

図１０を参照して、光学装置およびばねアセンブリ１０は駆動源４４に駆動関連 しておりかつピボット５０を介して光学装置およびばねアセンブリに接続される 、ピストンロッド４６を含むことがわかる。ピストンロッド４６が上方におよび 下方に移動するとき、光学装置およびばねアセンブリは振動し、それによりレー ザビームスポット２６をディザ動作する。駆動源４４は圧電変換器であってもよ い。

図１１において、発明の動作を例示する、数個のプロットが示される。プロット Ａは理想的な駆動信号のものである。周波数は光学装置およびばねアセンブリの 共振周波数にある。プロットＢは共振においてかつ記録表面について中心決めさ れるとき、レーザビーム合焦スポットの動さを示している。レーザビームは９０ °および２７０°において焦点があう。レーザビームが合焦されたスポットのデ ィザ動作が記録表面の上方および下方で中心決めされるとき、プロットＣはレー ザフィードバック信号のものである。フィードバック信号はレーザ内にフィード バックするレーザエネルギーの結果でありより効果的なレーザ動作を引き起こす 。レーザダイオードパッケージにおいて組み入れられる光学検出器は記録表面か ら反射されるフィードバックレーザエネルギーを観察し、それによりフィードバ ック信号を発生する。

典型的に、記録表面および光学アセンブリは連続的な書込みの間一定の速度でお 互いに関連して移動される。プロットＤおよびＥは、ディザアセンブリを引離す ために中心決めされないとき、主として光学素子が記録表面にあまりに接近して いるまたはあまりに離れているときのレーザフィードバック信号を示している。

示されるように、非均−的に間隔法めされたレーザフィードバック信号はデータ 印が記録されるだろう場所に対応する。このような非均−的な間隔法めはデータ が読み返されるべきときそれが引き起こすだろう問題によりに連続的な書込みに おいて有害である。均一的な間隔法めなしでは読込みシステムはデータ印を探す ための場所を決定するのに困難な時間を有することになるだろう。この問題に対 する１つの方策は記録表面についてディザ振動を集中させるためレーザフィード バック信号を使用することであると考えられる。もう１つの方策はあらゆる他の 合焦条件においてデータを書込みすることであろう。この方策はデータ書込み速 度を半減させるが、結果的にデータ印の均一な間隔法めをもたらしかつ必要とさ れる電子工学装置を簡素化する。

プロットＦおよびＧは駆動周波数があまりに低くまたはあまりに高いときのディ ザアセンブリ駆動信号のものであり、その結果は位相エラーであり、書込み事象 の予測可能性に影響する。データフィードバック信号の位相およびデユーティサ イクルを駆動信号に対して比較することにより、最適の周波数およびオフセット またはディザ動作のための間隔法めが達成されうる。

図１２および図１３を参照して、モニタダイオードＤ１は、レーザダイオードア センブリの部品であり、レーザダイオード出力電力電力に比例する信号を与える 。レーザダイオードレーザ動作の性質および使用される光学配列のため、相当量 のエネルギーが、光学システムの焦点に合うとき、レーザダイオードＤ２内にお よび同様にモニタダイオード内にフィードバックされる。これによりレーザダイ オードのレーザ動作がより効果的になり、その結果としてモニタダイオードＤ１ 出力における増加をもたらす。モニタダイオードＤ１の出力は基線出力電力基準 信号ｖ１を超えるレーザダイオード出力電力のこのような増加を検出しかつこの 信号をバイナリ−量に変換する、回路Ｃ１へ供給される。この信号＄４はレーザ フィードバック信号（ＬＦＳ）と呼ばれる。図１３において示されるように、回 路Ｃ１はダイオードＤ３とげ列の演算増幅器ＡＩを含む。ＬＦＳはレンズアクチ ュエータを駆動する信号Ｓ３とともに位相検出器回路Ｃ２へ供給される。位相検 出器回路Ｃ２は、並列の２つのＮＯＲゲートＮ１およびＮ２と、インバータ１１ と、演算増幅器減算器回路Ａ２とを含む。ＮＯＲゲートＮ１への入力として、レ ンズアクチュエータ信号Ｓ３はインバータ１１により反転される。位相検出器回 路Ｃ２の出力は焦点エラーの量および方向に比例した信号Ｓ２を付与する低周波 数通過フィルタＦ１供給される。この信号Ｓ２は焦点エラー信号（Ｆ　Ｅ　Ｓ） と呼ばれる。フィルタＦ１は演算増幅器Ａ２と、抵抗器／コンデンサネットワー クとを含む。ＦＥＳは図示されない回路内に供給され、その回路はレンズが合焦 される表面について振動の中心を維持するような態様でレンズアクチュエータを 駆動する。レーザ露光時間は露光制御回路Ｃ３、レーザフィードバック信号Ｓ４ 、およびデータ書込み信号Ｓ１により制御される。レーザフィードバック信号Ｓ ４およびデータ書込み信号Ｓ１はＡＮＤ”論理回路Ｇｌを介してともにゲートさ れる。Ｇ１の出力はワンショットマルチバイブレータ回路Ｍ１を制御する。露光 制御回路Ｃ３の出力はレーザダイオードを“オン”にするのに使用されかつそれ を出力の固定平均レベルに維持するのに使用されるレーザダイオード駆動回路Ｃ ４に接続される。出力の平均レベルは■１における直列電圧レベルによって決定 される。図１３において示される回路は例としてのみ示されかつ発明によって実 現される回路を限定するものではない。

この出願において、“上方に”および“下方に”という語は単に相対的方向につ いて言及するものであり、かつ絶対的方向を意味しない。

」【肢−一− ＝η！〃 国際調査報告 ｍ１ｔｎ、、１ｍＭＩ　Ａｅｅｌｌｌ＠ｗ、ＩＩｓ、　ＫＴ／ＵＳ８９１０４９ ９１

Claims (23)

【特許請求の範囲】
1. １．光学記録媒体においてディジタルデータスポットを作成するのに使用される データロガであって、コリメートされた光ビームを与える光源と、光源に関連し て平面状の光学記録表面においてピットを形成するのに十分なエネルギー密度を 有する最適なビーム領域内に光ビームを合焦するための、光学手段と、前記最適 ビーム領域が前記平面状の光学記録表面の平面の上方に侍または下方に相対的に 変位させられるように前記合焦されたビームの振動を与えるための手段と、光ビ ームと光学記録表面との間に相対的直線状運動を与え、それにより新しい記録表 面領域をビームの経路内にもたらすための手段とを含むデータロガ。
2. ２．前記記録表面との射突後、前記コリメートされたビームから光を受けるため に配置される光検出器をさらに含む、請求項１のデータロガ。
3. ３．記録表面の平面について前記最適ビーム領域の前記振動を中心決めするため の手段をさらに含む、請求項２のデータロガ。
4. ４．振動を与えるための手段が信号発生器に連係している電磁アクチュエータで ある、請求項１のデータロガ。
5. ５．振動を与えるための前記手段が前記光学手段と同軸的にかつ電気信号発生器 と連係して設置される電磁石であり、前記光学手段が関連する磁界を有する、請 求項１のデータロガ。
6. ６．前記振動が駆動ロッドおよび駆動源に関連する多面カムにより与えられる、 請求項１のデータロガ。
7. ７．前記振動が圧電振動源により与えられる、請求項１のデータロガ。
8. ８．光ビームと記録表面との間の相対的直線状運動のための前記手段がリードス クリューアセンブリにより与えられる、請求項１のデータロガ。
9. ９．光学記録媒体におけるデジタルデータを記録するために使用されるデータロ ガであって、 レーザ光ビームを発生しかつ少なくとも１つの光検出器を有するレーザダイオー ドパッケージと、前記レーザダイオードパッケージに関連し、平面状の光学記録 表面においてピットを形成するのに十分なエネルギー密度を有する最適ビーム領 域にレーザビームを合焦するための光学手段とを含み、前記合焦されたビームは 、前記最適ビーム領域が前記平面内にないとき、ピットを形成するのに記録表面 の平面内において十分なエネルギー密度を持たず、さらにそのロガは、 前記ビーム領域が前記平面状の光学記録表面の平面の上方におよび下方に変位さ れるように記録表面に対して前記最適ビーム領域の振動を与えるための手段と、 記録表面の平面について最適ビーム領域の前記振動を中心決めするための手段と 、 光ビームと光学記録表面との間の相対的直線状運動を与え、それにより新しい記 録表面領域をビームの経路内にもたらすための手段とを含むデータロガ。
10. １０．相対的振動のための前記手段が信号発生器に連係する電磁アクチュエータ により与えられる、請求項９のデータロガ。
11. １１．相対的振動のための前記手段が関連する磁界を有する、前記光学手段と同 軸的に関連する電磁石により与えられる、請求項９のデータロガ。
12. １２．相対的振動のための前記手段が駆動ロッドおよび駆動源に関連する多面カ ムにより与えられる、請求項９のデータロガ。
13. １３．相対的振動のための前記手段が圧電振動源により与えられる、請求項９の データロガ。
14. １４．相対的直線状連動のための前記手段がリードスクリューアセンブリにより 与えられる、請求項９のデータロガ。
15. １５．光学記録媒体においてデジタルデータを記録するために使用されるデータ ロガであって、レーザダイオードパッケージに関連し、レーザ光ビームを発生し かつ少なくとも１つの光検出器を有するレーザダイオードパッケージと、 光学記録表面においてピットを形成するのに十分なエネルギー密度を有する、最 適ビーム領域内にレーザビームを合焦するための光学手段と、 光学手段およびレーザダイオードパッケージを取り囲むハウジングとを含み、前 記ハウジングは撓みばねにより支持され、 レーザビームの最適ビーム領域が光学記録表面の相対的上方におよび下方に変位 されるように前記ハウジングを振動するための手段と、 レーザビームと光学記録表面との間の相対的連動を与えるための手段とを含むデ ータロガ。
16. １６．記録表面について最適ビーム領域の前記変位の中心決めするための手段を さらに含む、請求項１５のデータロガ。
17. １７．振動を与えるための手段が信号発生器に連係している電磁アクチュエータ である、請求項１５のデータロガ。
18. １８．振動を与えるための前記手段がハウジングと同軸的に配置されかつ電気信 号発生器に連係している電磁石であり、前記ハウジングが関連する磁界を有する 、請求項１５のデータロガ。
19. １９．振動を与えるための手段は駆動源を有する駆動ロッドに関連する多面カム である、請求項１５のデータロガ。
20. ２０．光ビームと記録表面との間の相対的運動を与えるための手段が記録表面に 関連のＸ、Ｙテーブルにより与えられる、請求項１５のデータロガ。
21. ２１．振動を与えるための手段が圧電振動駆動源である、請求項１５のデータロ ガ。
22. ２２．合焦された光ビームを使用するデータロガのための方法であって、 合焦領域が記録表面の平面を通過するとき、焦点領域が記録表面の平面の上方に および下方に移動してデータスポットが形成されるように、光学記録表面に対し て光ビームの焦点領域をディザ動作するステップと、ディザ動作方向に横切って 、直線状の態様で、光はビームに関して光学記憶表面を変位するステップとを含 む、平面状の光学記録表面上に書込み動作する方法。
23. ２３．請求項２２の方法は、記録表面の平面について焦点領域の前記ディザ動作 を中心決めすることをさらに含む。